清华杨颖ACS Nano: （110）面占主导的VO2实现锂硫电池的双向电催化

催化是通过增强多硫化物的反应动力学来提高锂硫（Li-S）电池性能的有效方法，然而，Li-S电池放电和充电过程的双向电催化仍然具有挑战性。

在此，清华大学杨颖副教授等人通过 (NH₄)₂V₄O₉(NVO)的热诱导部分分解来制备 (110) 面主导的VO₂，形成了具有双向催化能力的 (110) VO₂ @NVO杂化物。

这种（110）晶面主导的VO₂对LiPSs中S-S键的断裂和Li₂S的脱锂都显示出高催化活性，从而实现双向电催化。碳纳米纤维 (CNF) 用作支架来负载上述催化剂，为Li₂S沉积提供大表面并增强催化反应的电子转移。

图1. (110)VO₂@NVO/CNF双向催化剂的结构和机理示意图

因此，组装的具有(110)VO₂ @NVO/CNF中间层的Li-S电池提供了1472 mAh g^-1的高初始容量，在0.1 C 时300次循环后仍保留了1038 mAh g^-1的高容量，在5 C的高倍率下1000次循环后容量为521 mAh g^-1。

即使在10.3 mg cm^-2的超高硫载量和4 μL mg^-1的低电解液/硫（E/S）比下，仍实现了具有3 mAh cm^-2高容量的稳定循环性能，这表明硫的利用率和反应动力学大大提高。这项工作展示了一种通过小平面调节的简单双向催化剂设计，这也有助于理解Li-S电池中不同催化剂的催化机理。

图2. 含(110)VO₂@NVO/CNF中间层的Li-S电池电化学性能

A (110) Facet-Dominated Vanadium Dioxide Enabling Bidirectional Electrocatalysis for Lithium-Sulfur Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c07647

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清华杨颖ACS Nano: （110）面占主导的VO2实现锂硫电池的双向电催化

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